DE112007003090T5 - Method for producing a three-dimensionally shaped object - Google Patents
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Abstract
Verfahren zum Herstellen eines dreidimensional geformten Gegenstandes durch Bestrahlen eines Metallmaterials durch Lichtstrahlen, wobei das Verfahren die Schritte aufweist:
einen Bestrahlungsschritt zum Bestrahlen eines aus Metalldrähten gebildeten Metallmaschenmaterials und eines Metallpulvers durch Lichtstrahlen zum Ausbilden einer verfestigten Schicht oder einer geschmolzenen Schicht; und
einen Laminierungsschritt zum Ausbilden verfestigter Schichten oder geschmolzener Schichten durch wiederholtes Ausführen des Bestrahlungsschrittes für Metallmaschenmaterialien und Metallpulver, um einen dreidimensional geformten Gegenstand auszubilden.A method of manufacturing a three-dimensionally shaped article by irradiating a metal material by light rays, the method comprising the steps of:
an irradiation step for irradiating a metal mesh formed of metal wires and a metal powder by light rays to form a solidified layer or a molten layer; and
a laminating step of forming solidified layers or molten layers by repeatedly carrying out the irradiation step for metal mesh materials and metal powder to form a three-dimensionally shaped article.
Description
Technischer BereichTechnical part
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines dreidimensional geformten Gegenstandes durch Bestrahlen eines Metallmaterials durch Lichtstrahlen.The The present invention relates to a method for producing a three-dimensionally shaped article by irradiating a metal material by light rays.
HintergrundtechnikBackground Art
Es ist ein herkömmliches Verfahren bekannt, gemäß dem ein dreidimensional geformter Gegenstand hergestellt wird durch Bestrahlen einer aus einem Metallmaterial gebildeten Metallschicht durch Lichtstrahlen (Strahlen mit gerichteter Energie, wie beispielsweise Laserstrahlen), um eine gesinterte Schicht oder eine geschmolzene Schicht zu bilden, und wiederholtes Ausführen des Prozesses zum Ausbilden einer anderen Materialschicht auf der gesinterten Schicht oder der geschmolzenen Schicht und Bestrahlen dieser Schicht durch Lichtstrahlen, um eine weitere gesinterte Schicht oder geschmolzene Schicht auszubilden. Diese Technik hat den Vorteil, dass ein komplexer dreidimensionaler Gegenstand innerhalb einer kurzen Zeit hergestellt werden kann. Wenn Lichtstrahlen mit einer hohen Energiedichte verwendet werden, kann das Metallmaterial nahezu vollständig geschmolzen werden, bevor es sich verdichtet. D. h., nach dem Schmelzen kann das Material nahezu 100% dicht sein. Durch Endbearbeiten der Oberfläche des dichten geformten Gegenstandes kann der endbearbeitete Gegenstand eine glatte Oberfläche aufweisen, so dass er als Kunststoffspritzgussform oder ähnliches Bauteil verwendbar ist.It a conventional method is known according to a three-dimensionally shaped object is made by Irradiating a metal layer formed from a metal material by light rays (directed energy rays, such as Laser beams) to a sintered layer or a molten one Layer forming, and repeatedly executing the process for forming a different layer of material on the sintered Layer or the molten layer and irradiation of this layer by light rays, to another sintered layer or melted Train shift. This technique has the advantage of being a complex one three-dimensional object manufactured in a short time can be. When using light beams with a high energy density be, the metal material can be almost completely melted before it condenses. That is, after melting can the material is nearly 100% tight. By finishing the surface the dense shaped article may be the finished article have a smooth surface, making it a plastic injection mold or similar component is usable.
Bei dieser als Metall-Lasersintern bezeichneten Technik wird typischerweise ein pulverförmiges Metallmaterial verwendet. Durch die Verwendung eines Metallpulvers als das in Schichten aufzubringende Material kann die Oberfläche des Materials vergrößert und die Absorption von Laserlicht erhöht werden. Dadurch kann das Material mich unter Bedingungen einer Bestrahlung mit niedriger Energiedichte gesintert oder geschmolzen werden, wodurch die zum Formen eines Gegenstandes erforderliche Zeitdauer vermindert wird.at This technique, called metal laser sintering, typically becomes used a powdered metal material. By the Use of a metal powder as that to be applied in layers Material can increase the surface of the material and the absorption of laser light can be increased. Thereby the material can me lower under conditions of irradiation Energy density sintered or melted, causing the to Forms of an object required time is reduced.
Um einen geformten Gegenstand mit einer geeigneten Festigkeit zu erhalten, muss nicht nur die Haftfestigkeit bezüglich eines Abschnitts verbessert werden, der einem laserbehandelten Abschnitt einer durch Laserstrahlen behandelten Schicht benachbart ist, sondern muss auch die Haftfestigkeit zwischen einem bestrahlten Abschnitt und einer darunterliegenden Schicht verbessert werden. Wenn das in Schichten aufzubringende Material ein Metallpulver ist, durchläuft das Laserlicht Zwischenräume zwischen Partikeln und erreicht die darunterliegende Schicht. Dadurch wird die darunterliegende Schicht erwärmt, so dass die Haftfestigkeit verbessert werden kann.Around to obtain a molded article of suitable strength, not just the adhesion with respect to a section be improved, the a laser-treated section of a through Laser beam treated layer is adjacent, but also must the bond strength between an irradiated section and a underlying layer can be improved. If that is in layers material to be applied is a metal powder passes through the laser light reaches spaces between particles and the underlying layer. This will cause the underlying Layer heated so that the adhesion improves can be.
Außerdem sollte die obere Fläche eines durch Laserlicht bestrahlten Abschnitts nicht zu stark erhöht sein. Wenn eine andere Materialschicht ausgebildet wird, um eine nachfolgende Schicht zu formen, würde, wenn die Schwellhöhe größer ist als die Dicke einer Metallpulverschicht, die Ausbildung der Materialschicht selbst erschwert.Furthermore should the upper surface of a laser light irradiated Section should not be too high. If another Material layer is formed to a subsequent layer Shapes, if the threshold height would be greater is the thickness of a metal powder layer, the formation of the material layer even more difficult.
Natürlich darf die Außenseite eines geformten Gegenstandes keine Risse aufweisen. Außerdem ist es bevorzugt, jegliche Mikrorisse in der inneren Struktur zu eliminieren.Naturally The outside of a molded object must not Have cracks. In addition, it is preferred to have any microcracks to eliminate in the internal structure.
Ein durch Laserlicht bestrahltes Metallmaterial wird einmal teilweise oder vollständig geschmolzen und dann abgekühlt und zu einem geformten Gegenstand verfestigt. Im ge schmolzenen Zustand wird, wenn die Benetzbarkeit hoch ist, die Fläche, die mit einem benachbarten geformten Abschnitt verbunden ist, größer, und wenn das Fließvermögen hoch ist, wird der Schwelleffekt gering. Daher sind ein höheres Fließvermögen und eine höhere Benetzbarkeit im geschmolzenen Zustand erwünscht.One Laser material irradiated by laser light becomes partially or completely melted and then cooled and solidified into a molded article. In the molten state, if the wettability is high, the area covered with a adjacent shaped section is connected, larger, and when the fluidity is high, the Threshold effect low. Therefore, a higher fluidity and a higher wettability in the molten state he wishes.
Angesichts dessen hat der Anmelder der vorliegenden Anmeldung ein Pulvergemisch für Metall-Lasersintern vorgeschlagen, das ein Eisengruppenmetallpulver eines Chrom-Molybdän-Stahls, Nickelpulver und Phosphor-Kupfer- oder Mangan-Kupfer-Pulver aufweist. Das Chrom-Molybdän-Stahlpulver wird aufgrund seiner Härte und Festigkeit verwendet, das Nickelpulver wird aufgrund seiner Festigkeit, Zähigkeit und Verarbeitbarkeit verwendet, und das Phosphor-Kupfer- oder Mangan-Kupfer-Pulver wird aufgrund seiner Benetzbarkeit und seines Fließvermögens verwendet.in view of of which the applicant of the present application has a powder mixture proposed for metal laser sintering, which is an iron group metal powder chromium-molybdenum steel, nickel powder and phosphorus-copper or manganese copper powder. The chromium-molybdenum steel powder is used because of its hardness and strength that Nickel powder is due to its strength, toughness and processability, and becomes the phosphorus copper or manganese copper powder due to its wettability and fluidity used.
Es ist schwierig, einen dichten dreidimensional geformten Gegenstand durch Bestrahlen ausschließlich eines Eisengruppenmetallpulvers durch Laserlicht herzustellen. Dies ist der Fall, weil es schwierig ist, eine nachfolgende Schicht mit einer zuvor ausgebildeten Eisenschicht ohne Zwischenraum dazwischen zu verbinden. Obwohl Chrom-Molybdän-Stahl selbst hart ist und eine ausgezeichnete mechanische Festigkeit besitzt, hat ein durch Laserbestrahlung ausschließlich eines Chrom-Molybdän-Stahlpulvers erhaltener dreidimensional geformter Gegenstand eine geringere Dichte und eine geringe Festigkeit.It is difficult, a dense three-dimensionally shaped object by irradiation of only an iron group metal powder produced by laser light. This is the case because it is difficult is a subsequent layer with a previously formed iron layer without intervening between them. Although chromium-molybdenum steel itself is hard and has excellent mechanical strength, has one by laser irradiation exclusively a chromium-molybdenum steel powder obtained three-dimensionally shaped object has a lower density and low strength.
Wenn das Eisengruppenmetallpulver in Form einer Legierung mit einem hohen Anteil einer Nickelkomponente vorliegt, ist das vorstehend erwähnte Problem signifikant, weil eine auf der Oberfläche des Pulvers ausgebildete harte Oxidschicht die Verschmelzung von Partikeln des Eisengruppenmetallpulvers beeinträchtigt. Durch Hinzufügen von Nickel im Eisengruppenmetall werden vorteilhaft die Zähigkeit, die Festigkeit und die Korrosionsbeständigkeit des Eisengruppenmetalls verbessert. Wenn das Material zum Herstellen eines dreidimensional geformten Gegenstandes durch Laserbestrahlung verwendet wird, wird dieser Vorteil überhaupt nicht genutzt.When the iron group metal powder is in the form of an alloy having a high content of a nickel component, the above-mentioned problem is significant because a hard oxide layer formed on the surface of the powder causes the fusion of particles of iron group metal affected tallpulvers. By adding nickel in the iron group metal, the toughness, the strength and the corrosion resistance of the iron group metal are advantageously improved. When the material for producing a three-dimensionally shaped article is used by laser irradiation, this advantage is not used at all.
Wenn ein Hochenergie-Laser verwenden wird, kann sogar Eisengruppenmetallpulver, das Chrom-Molybdän-Stahl und eine Nickelkomponente enthält, geeignet verschmolzen werden. Dies hat allerdings den Nachteil, dass eine großformatige Laservorrichtung und eine hohe Leistung erforderlich sind, wodurch die Herstellungskosten steigen. Außerdem nimmt, weil die Laserscangeschwindigkeit nicht erhöht werden kann, die Fertigungseffizienz ab. Außerdem kann ein mit einer übermäßigen Bestrahlungsenergiemenge ausgebildeter geformter Gegenstand sich aufgrund von Wärmebelastungen verziehen oder verformen.If use a high energy laser, even iron group metal powder, containing chromium-molybdenum steel and a nickel component, be merged appropriately. However, this has the disadvantage that a large format laser device and a high Performance are required, thereby increasing the cost of production. It also decreases because the laser scanning speed is not can be increased, the production efficiency from. Furthermore can be one with excessive amount of radiation energy formed shaped article due to heat loads warp or deform.
Kupfer ist ein Metallmaterial, das im geschmolzenen Zustand ein ausgezeichnetes Fließvermögen und im geschmolzenen Zustand eine ausgezeichnete Benetzbarkeit bezüglich eines Eisengruppenmaterials hat, und dessen Eigenschaften auch dann nicht schlechter werden, wenn es mit einem Eisengruppenmaterial legiert wird. Wenn ein Pulvergemisch aus einem Eisengruppenmetallpulver und einem Kupferlegierungspulver durch Laserlicht bestrahlt wird, schmilzt zunächst die Kupferlegierung und füllt die Zwischenräume zwischen Partikeln des Eisengruppenmetallpulvers, und gleichzeitig dient dies als Bindungsmaterial für eine Verschmelzung. Wenn ein Hochenergie-Laser verwendet wird, werden Eisenpulver und ein Kupferlegierungspulver, die ein Pulvergemisch bilden, vollständig zu einer Legierung geschmolzen.copper is a metal material that in the molten state is an excellent Flowability and in the molten state a excellent wettability with respect to an iron group material has, and its properties will not get worse, even then when alloyed with an iron group material. If a powder mixture of an iron group metal powder and a copper alloy powder is irradiated by laser light, first melts the Copper alloy and fill in the spaces between Particles of the iron group metal powder, and at the same time this serves as a binding material for a merger. If a high-energy laser used are iron powder and a copper alloy powder, which form a powder mixture, completely into an alloy melted.
Das Fließvermögen von geschmolzenem Metall nimmt zu, wenn der Unterschied zwischen der Temperatur im geschmolze nen Zustand und dem Schmelzpunkt zunimmt. Eine Phosphor-Kupfer-Legierung und eine Mangan-Kupfer-Legierung haben niedrigere Schmelzpunkte als reines Kupfer und haben daher ein höheres Fließvermögen als reines Kupfer, wenn sie mit der gleichen Energie bestrahlt werden.The Flowability of molten metal increases, if the difference between the temperature in the molten state and the melting point increases. A phosphor copper alloy and a manganese-copper alloy has lower melting points than pure copper and therefore have a higher flowability as pure copper when irradiated with the same energy.
Ein herkömmliches Eisenpulvermaterial für Metall-Lasersintern enthält Nickelpulver. Wie vorstehend beschrieben wurde, beeinträchtigt, wenn eine eine Nickelkomponente enthaltende Legierung als Eisengruppenmetallpulver verwendet wird, eine auf der Oberfläche des Pulvers ausgebildete harte Oxidschicht die Verschmelzung der Partikel des Pulvers. Wenn jedoch Nickelpulver getrennt von Eisengruppenmetallpulver mit einer Kupferlegierung gemischt wird, können Partikel dieser Pulver gut verschmolzen werden. Eine gehärtete Schicht, die eine Eisenkomponente, Nickel und eine Kupferlegierungskomponente enthält, hat eine hohe Sinterdichte und ist daher zäh und fest.One conventional iron powder material for metal laser sintering contains nickel powder. As described above, impaired when containing a nickel component Alloy is used as iron group metal powder, one on the Surface of the powder formed hard oxide layer the Fusion of the particles of the powder. However, if nickel powder separated from iron group metal powder with a copper alloy mixed, particles of these powders can be well fused. A hardened layer containing an iron component, nickel and a copper alloy component has a high Sintered density and is therefore tough and strong.
Besonders gute Ergebnisse werden erzielt, wenn 60 bis 90 Gew.-% Chrom-Molybdän-Stahl, 5 bis 35 Gew.-% Nickelpulver und 5 bis 15 Gew.-% Kupfer-Mangan-Legierungspulver enthalten sind.Especially Good results are achieved when 60 to 90 wt .-% chromium-molybdenum steel, 5 to 35 wt .-% nickel powder and 5 to 15 wt .-% copper-manganese alloy powder are included.
Beim Metall-Lasersintern unter Verwendung des vorstehend erwähnten Metallpulvermaterials sind allgemein erwünschte Ergebnisse dahingehend erzielt worden, dass ein komplexer dreidimensional geformter Gegenstand durch Laserbestrahlung und Ausbilden der Schichten erhalten werden kann.At the Metal laser sintering using the above mentioned Metal powder materials are generally desirable results has been achieved in that a complex three-dimensionally shaped Object obtained by laser irradiation and forming the layers can be.
Ein Metallpulvermaterial kann jedoch dann keine hohe Fülldichte haben, wenn das Metallpulver in einer dünnen Schicht gleichmäßig aufgebracht wird. Daher kann, insofern nicht die Energiedichte der Laserbestrahlung erhöht wird, kein dichter geformter Gegenstand erhalten werden, so dass die Festigkeit des geformten Gegenstandes niedrig ist.One However, metal powder material then can not high filling density have, if the metal powder in a thin layer evenly is applied. Therefore, unless the energy density of the Laser irradiation is increased, no dense shaped object are obtained, so that the strength of the molded article is low.
Außerdem tritt, wenn Pulver durch Laserbestrahlung geschmolzen oder gesintert wird, eine umso größere Schrumpfung auf, je mehr Zwischenraum zwischen den Partikeln vorhanden ist. Dadurch entstehen innere Spannungen im geformten Gegenstand, wodurch der geformte Gegenstand anfällig wird für Verformungen und Verzug, so dass er eine geringe Maßgenauigkeit besitzt.Furthermore occurs when powder is melted or sintered by laser irradiation becomes, the more shrinkage, the more Space between the particles is present. This creates internal stresses in the molded article, causing the molded Subject becomes prone to deformation and Warpage, so he has a low dimensional accuracy.
Kurze Beschreibung der ErfindungBrief description of the invention
Die vorliegende Erfindung ist entwickelt worden, um die vorstehend erwähnten Probleme zu lösen. Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Herstellen eines dreidimensional geformten Gegenstandes bereitzustellen, der eine hohe Maßgenauigkeit, eine hohe Dichte und eine hohe Festigkeit besitzt, indem ein Metallmaterial in einem dichten Zustand zugeführt wird.The The present invention has been developed to provide the above-mentioned To solve problems. It is an object of the present Invention, a method for producing a three-dimensionally shaped To provide an article of high dimensional accuracy, has a high density and high strength by using a metal material is supplied in a sealed state.
Um
die vorstehende Aufgabe zu lösen, wird erfindungsgemäß ein
Verfahren zum Herstellen eines dreidimensional geformten Gegenstandes
durch Bestrahlen eines Metallmaterials durch Lichtstrahlen bereitgestellt,
wobei das Verfahren die Schritte aufweist:
einen Bestrahlungsschritt
zum Bestrahlen eines aus Metalldrähten gebildeten Metallmaschenmaterials und
eines Metallpulvers durch Lichtstrahlen zum Ausbilden einer verfestigten
Schicht oder einer geschmolzenen Schicht; und einen Laminierungsschritt zum
Ausbilden verfestigter Schichten oder geschmolzener Schichten durch
wiederholtes Ausführen des Bestrahlungsschrittes für
Metallmaschenmaterialien und Metallpulver, um einen dreidimensional geformten
Gegenstand auszubilden.In order to achieve the above object, according to the present invention, there is provided a method of manufacturing a three-dimensionally shaped article by irradiating a metal material by light rays, the method comprising the steps of:
an irradiation step for irradiating a metal mesh formed of metal wires and a metal powder by light rays to form a solidified layer or a molten layer; and a laminating step of forming solidified layers or molten layers by repeatedly carrying out the irradiation step for metal mesh materials and metal powders to form a three-dimensional shaped article.
Erfindungsgemäß kann, weil das Metallmaschenmaterial und das Metallpulver in Kombination als Metallmaterial zugeführt werden, das Metallmaterial im Vergleich zu dem Fall, in dem nur das Metallpulver zugeführt wird, in einem dichten Zustand zugeführt werden. Dies ermöglicht die Herstellung eines dreidimensional geformten Gegenstandes mit einer hohen Maßgenauigkeit und mit einer hohen Dichte und einer hohen Festigkeit. Außerdem ist das Material leicht handhabbar und ausscheidungs- oder segregationsbeständig.According to the invention, because the metal mesh and the metal powder in combination as Metal material to be supplied, the metal material in Compared to the case where only the metal powder is supplied is fed in a sealed state. this makes possible the production of a three-dimensionally shaped object with a high dimensional accuracy and with a high density and a high strength. Besides, the material is light manageable and precipitation or segregation resistant.
Vorzugsweise haben die Metalldrähte Drahtdurchmesser zwischen 0,01 und 0,1 mm. Dadurch kann die Dicke jeder Schicht des Metallmaterials vermindert werden, so dass der dreidimensional geformte Gegenstand mit einer hohen Maßgenauigkeit hergestellt werden kann. Weil die Drahtdurchmesser der Metalldrähte nicht übermäßig klein sind, bewegen sich die Metalldrähte bei einer Bestrahlung durch Lichtstrahlen weniger wahrscheinlich auseinander.Preferably The metal wires have wire diameter between 0.01 and 0.1 mm. This allows the thickness of each layer of the metal material be reduced, so that the three-dimensionally shaped object can be made with a high dimensional accuracy. Because the wire diameter of the metal wires is not excessive are small, the metal wires move during an irradiation less likely to be apart by light rays.
Der Abstand zwischen den Metalldrähten des Metallmaschenmaterials liegt vorzugsweise zwischen 0,01 und 0,1 mm. Weil zwischen den Metalldrähten Zwischenräume vorhanden sind, können Lichtstrahlen zwischen den Metalldrähten hindurchdringen und eine darunterliegende verfestigte Schicht erreichen, um die darunterliegende verfestigte Schicht und eine benachbarte verfestigte Schicht zu erwärmen. Dadurch kann die Haftfestigkeit zwischen der darunterliegenden verfestigten Schicht und der benachbarten verfestigten Schicht verbessert werden.Of the Distance between the metal wires of the metal mesh is preferably between 0.01 and 0.1 mm. Because between the metal wires Interspaces exist, light rays can penetrate between the metal wires and an underlying one solidified layer to solidify the underlying solidified To heat layer and an adjacent solidified layer. This allows the bond strength between the underlying solidified Layer and the adjacent solidified layer can be improved.
Der mittlere Partikeldurchmesser des Metallpulvers liegt vorzugsweise zwischen 1 und 100 μm. Weil der mittlere Partikeldurchmesser des Metallpulvers klein ist, können die Zwischenräume zwischen den Metalldrähten des Metallmaschenmaterials mit dem Metallpulver gefüllt werden. Außerdem ist der mittlere Partikeldurchmesser des Metallpulvers 1 μm oder größer. Dadurch kann eine Dispersion des Metallpulvers während Arbeitsvorgängen verhindert werden, so dass das Metallpulver leicht handhabbar ist. Außerdem hat das Metallpulver ein hohes Fließvermögen, so dass die Zwischenräume zwischen den Metalldrähten des Metallmaschenmaterials mit Partikeln des Metallpulvers dicht gefüllt werden können.Of the mean particle diameter of the metal powder is preferably between 1 and 100 μm. Because the mean particle diameter the metal powder is small, the spaces between between the metal wires of the metal mesh with the Metal powder to be filled. Besides, the middle one is Particle diameter of the metal powder 1 μm or larger. As a result, a dispersion of the metal powder during Operations are prevented, leaving the metal powder easy to handle. In addition, the metal powder has a high fluidity, leaving the interstices between the metal wires of the metal mesh with particles the metal powder can be tightly filled.
Vorzugsweise weist das Metallmaschenmaterial einen Eisengruppenmetalldraht, einen Nickeldraht und/oder einen Nickellegierungsdraht und einen Kupferdraht und/oder einen Kupferlegierungsdraht auf und weist das Metallpulver ein Eisengruppenmetallpulver, ein Nickelpulver und/oder ein Nickellegierungspulver und ein Kupferpulver und/oder ein Kupferlegierungspulver auf. Dadurch kann ein Schwellen einer verfestigten Schicht vermindert werden, so dass ein nachfolgend aufzulegendes Metallmaschenmaterial präzise angeordnet werden kann.Preferably The metal mesh material has an iron group metal wire, a Nickel wire and / or a nickel alloy wire and a copper wire and / or a copper alloy wire and has the metal powder an iron group metal powder, a nickel powder and / or a nickel alloy powder and a copper powder and / or a copper alloy powder. Thereby a swelling of a consolidated layer can be reduced, so that a subsequently aufzustegendes metal mesh material precise can be arranged.
Vorzugsweise weist das Metallmaschenmaterial 60 bis 90 Gew.-% Eisengruppenmetalldrähte, 5 bis 35 Gew.-% Nickeldrähte und/oder Nickellegierungsdrähte und 5 bis 15 Gew.-% Kupferdrähte und/oder Kupferlegierungsdrähte auf und enthält das Metallpulver 60 bis 90 Gew.-% Eisengruppenmetallpulver, 5 bis 35 Gew.-% Nickelpulver und/oder Nickellegierungspulver und 5 bis 15 Gew.-% Kupferpulver und/oder Kupferlegierungspulver. Dadurch können Risse in der Außenseite und Mikrorisse in der Innenstruktur eines hergestellten dreidimensional geformten Gegenstandes verhindert werden.Preferably the metal mesh material comprises 60 to 90% by weight iron group metal wires, 5 to 35 wt% nickel wires and / or nickel alloy wires and 5 to 15% by weight of copper wires and / or copper alloy wires and the metal powder contains 60 to 90 wt .-% iron group metal powder, 5 to 35 wt .-% nickel powder and / or nickel alloy powder and 5 to 15 wt .-% copper powder and / or copper alloy powder. Thereby can cause cracks in the outside and micro cracks in the interior structure of a manufactured three-dimensional shaped Object be prevented.
Es ist bevorzugt, wenn das Metallmaschenmaterial einen Stapel aus einem Metallmaschenmaterial aus Eisengruppenmetalldrähten, einem Metallmaschenmaterial aus Nickeldrähten und/oder Nickellegierungsdrähten und einem Metallmaschenmaterial aus Kupferdrähten und/oder Kupferlegierungsdrähten aufweist. Weil verschiedene Typen von Metallmaschenmaterialien, die jeweils aus Metalldrähten eines einzelnen Materialtyps hergestellt sind, in Kombination verwendet werden, anstatt dass ein Metallmaschenmaterial verwendet wird, das aus Metalldrähten aus verschiedenen Materialien besteht, können die Kosten für die Metallmaschenmaterialien gesenkt werden. Außerdem kann ein Schwellen einer verfestigten Schicht vermindert werden, so dass ein nachfolgend aufzulegendes Metallmaschenmaterial präzise angeordnet werden kann.It is preferred if the metal mesh material is a stack of a Metal mesh material of iron group metal wires, a Metal mesh of nickel wires and / or nickel alloy wires and a metal mesh of copper wires and / or Having copper alloy wires. Because different types of metal mesh materials, each made of metal wires of a single type of material, used in combination instead of using a metal mesh material made of metal wires of different materials can the costs for the metal mesh materials are lowered. In addition, swelling of a consolidated layer be reduced, so that a subsequently aufzustegendes metal mesh material precise can be arranged.
Es ist bevorzugt, wenn das Metallmaterial, das das Metallmaschenmaterial und das Metallpulver aufweist, insgesamt 60 bis 90 Gew.-% Eisen, 5 bis 35 Gew.-% Nickel und 5 bis 15 Gew.-% Kupfer enthält. Dadurch kann ein Schwellen einer verfestigten Schicht vermindert werden und können außerdem Risse in der Außenseite und Mikrorisse in der Innenstruktur eines hergestellten dreidimensional geformten Gegenstandes verhindert werden.It is preferred when the metal material containing the metal mesh material and the metal powder comprises, in total, 60 to 90% by weight of iron, 5 to 35 wt .-% nickel and 5 to 15 wt .-% copper. Thereby For example, swelling of a solidified layer can be reduced and can also cause cracks in the outside and microcracks in the interior structure of a manufactured three-dimensional molded object can be prevented.
Das Verfahren weist ferner vorzugsweise einen Schneideschritt auf, in dem, nachdem die verfestigten Schichten oder geschmolzenen Schichten ausgebildet sind, ein Oberflächenabschnitt und/oder ein unerwünschter Abschnitt eines dreidimensional geformten Gegenstandes entfernt wird, der durch Ausbilden der Schichten bereits erhalten worden ist. Dadurch kann die Oberflächenrauigkeit eines hergestellten dreidimensional geformten Gegenstandes und damit die Maßgenauigkeit verbessert werden.The Method preferably further comprises a cutting step, in after the solidified layers or molten layers are formed, a surface portion and / or an undesirable Removed a section of a three-dimensionally shaped object which has already been obtained by forming the layers is. As a result, the surface roughness of a manufactured three-dimensionally shaped object and thus the dimensional accuracy be improved.
Beste Techniken zum Implementieren der ErfindungBest Techniques for Implementing the invention
Erste AusführungsformFirst embodiment
Nachstehend
wird unter Bezug auf die Zeichnungen eine erste Ausführungsform
eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Herstellen
eines dreidimensional geformten Gegenstandes beschrieben.
Das
Metallmaschenmaterial
Die Partikel des Metallpulvers sind im Wesentlichen kugelförmig und haben einen mittleren Durchmesser von 1 bis 100 μm. Das Metallpulver weist Eisengruppenmetallpulver, Nickelpulver und/oder Nickellegierungspulver und Kupferpulver und/oder Kupferlegierungspulver auf. Der Gewichtsanteil des Eisengruppenmetallpulvers beträgt 60 bis 90 Gew.-%, der Ge wichtsanteil des Nickelpulvers und/oder Nickellegierungspulvers beträgt 5 bis 35 Gew.-% und der Gewichtsanteil des Kupferpulvers und/oder Kupferlegierungspulvers beträgt 5 bis 15 Gew.-%.The Particles of the metal powder are substantially spherical and have a mean diameter of 1 to 100 microns. The metal powder has iron group metal powder, nickel powder and / or Nickel alloy powder and copper powder and / or copper alloy powder on. The weight proportion of the iron group metal powder is 60 to 90 wt .-%, the Ge weight of nickel powder and / or Nickel alloy powder is 5 to 35 wt .-% and the Weight fraction of the copper powder and / or copper alloy powder is 5 to 15 wt .-%.
Der
Bestrahlungsweg von Lichtstrahlen L wird basierend auf dreidimensionalen
CAD-Daten im Voraus festgelegt. Es werden Konturformdaten für
jeden Querschnitt verwendet, die durch Zerlegen (Slicing) von STL-Daten
in einzelne Schichten in regelmäßigen Abständen
von einem dreidimensionalen CAD-Modell erhalten werden. Wenn Außenabschnitte
als Konturen eines geformten Gegenstandes durch Lichtstrahlen L
bestrahlt werden, können die Durchmesser fokussierter Lichtstrahlen
L vermindert werden, um das Metallmaschenmaterial
Im
vorstehend beschriebenen Herstellungsverfahren kann, weil das Metallmaschenmaterial
Weil
der mittlere Durchmesser der Partikel des Metallpulvers klein ist,
können die Zwischenräume zwischen den Metalldrähten
des Metallmaschenmaterials
Weil
das Metallmaschenmaterial
Ein
Metallmaschenmaterial
Außerdem
können die Anteile der Metalle des Metallmaschenmaterials
Zweite AusführungsformSecond embodiment
Nachstehend
wird eine zweite Ausführungsform eines erfindungsgemäßen
Verfahrens zum Herstellen eines dreidimensional geformten Gegenstandes
beschrieben.
Zunächst
wird eine für einen Lasersinterprozess benötigte
Länge des Metallmaschenmaterials
Außerdem
kann ein Metallmaschenmaterial
Dritte AusführungsformThird embodiment
Nachstehend
wird eine dritte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen
Verfahrens zum Herstellen eines dreidimensional geformten Gegenstandes
beschrieben. Diese Ausführungs form eines Verfahrens zum
Herstellen eines dreidimensional geformten Gegenstandes weist zusätzlich
zur ersten Ausführungsform des Herstellungsverfahrens einen Schritt
zum Schneiden einer Oberfläche eines geformten Gegenstandes
auf.
Wenn
die ausgebildeten verfestigten Schichten eine Dicke von 0,5 mm erreichen,
wird der Fräskopf
Die
vorliegende Erfindung ist nicht auf die Konfigurationen der vorstehend
beschriebenen Ausführungsformen beschränkt, sondern
innerhalb des Schutzumfangs der vorliegenden Erfindung sind verschiedenartige
Modifikationen möglich. Beispielsweise kann das Metallmaschenmaterial
Die
vorliegende Anmeldung beinhaltet einen Prioritätsanspruch
basierend auf der
Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings
ZusammenfassungSummary
Verfahren zum Herstellen eines dreidimensional geformten GegenstandesMethod for producing a three-dimensionally shaped object
Durch
die vorliegende Erfindung wird ein Verfahren zum Herstellen eines
dreidimensional geformten Gegenstandes durch Bestrahlen eines Metallmaterials
durch Lichtstrahlen bereitgestellt, wobei das Metallmaterial mit
einer hohen Dichte zugeführt wird, um die Dichte und die
Festigkeit des dreidimensional geformten Gegenstandes zu erhöhen.
Das Verfahren zum Herstellen eines dreidimensional geformten Gegenstandes
weist auf: einen Bestrahlungsschritt zum Bestrahlen eines aus Metalldrähten gebildeten
Metallmaschenmaterials (
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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